L’eau lourde est le terme commun pour l’eau qui comprend l’isotope deutérium de l’hydrogène, 2H2O ou D2O. Le terme peut faire référence à de l’eau qui contient n’importe quelle quantité de deutérium, mais fait souvent référence à de l’eau qui a été enrichie pour en contenir à 100 % ou presque.
Le deutérium dans l’eau lourde est à peu près le même que l’hydrogène normal, également connu sous le nom de protium, sauf qu’il contient un neutron supplémentaire. Ainsi, un atome de deutérium contient un neutron, un proton et un électron. Le neutron supplémentaire ajoute une petite quantité de poids, environ 10% du poids total, à l’atome, ce qui le rend lourd.
Ce type d’eau est surtout connu pour son rôle dans la régulation des processus des réacteurs nucléaires qui n’utilisent pas d’uranium enrichi. Lorsque les réacteurs nucléaires se lancent dans la fission, ils libèrent des neutrons. Ces neutrons se déplacent incroyablement rapidement. Afin d’avoir une réaction en chaîne plus contrôlée avec l’uranium non enrichi, les neutrons doivent être ralentis. Donc, pour ce faire, un régulateur quelconque est utilisé. Le béryllium, le graphite et l’eau normale sont tous utilisés comme régulateurs et ont tous leurs propres avantages et limites. L’eau lourde est un autre régulateur, le neutron ajouté la rendant plus stable pour réguler les neutrons qui la traversent.
Dans la nature, le deutérium se produit une fois pour environ tous les 4000 à 7000 atomes d’hydrogène normaux. Cela signifie qu’environ une molécule d’eau sur vingt millions est une molécule d’eau lourde. Ce matériau n’est pas vraiment créé en tant que tel, mais il est raffiné. L’eau normale est extraite de grands réservoirs et la petite quantité d’eau lourde est extraite de l’eau plus légère. L’eau lourde est stockée par diverses nations et sociétés, et comme elle n’est pas vraiment utilisée comme régulateur nucléaire, ces stocks augmentent avec le temps.
Il existe un isotope encore plus lourd de l’hydrogène, le tritium, mais il n’est pas utilisé pour l’eau lourde dans les réacteurs nucléaires. Le tritium est radioactif et se produit très rarement dans la nature, se produisant plutôt le plus souvent comme sous-produit d’événements nucléaires. L’eau elle-même, heureusement, n’est pas radioactive, mais elle est légèrement toxique pour les humains. Même si c’est en grande partie la même chose que l’eau normale, son poids accru affecte la vitesse de certaines réactions chimiques importantes, y compris la division cellulaire. Le niveau auquel l’eau lourde devient toxique peut varier d’environ 10 % à 50 % de l’eau totale dans le corps, selon un certain nombre de facteurs. Dans la nature, cependant, ces niveaux ne seront jamais atteints, donc l’empoisonnement n’est pas un réel problème.
En raison de son rôle central dans la régulation du processus de fission des surgénérateurs, qui peuvent être utilisés pour produire du plutonium de qualité militaire, cette substance est strictement réglementée. La communauté internationale surveille de près les pays qui en produisent ou en achètent de grandes quantités, car cela peut être un signe que la nation se dirige vers la production d’armes nucléaires.